Introducción.
Durante las últimas décadas las actividades humanas han crecido de una manera alarmante, esto junto con una conciencia pública por demás limitada referente a las problemáticas medioambientales, han tenido como resultado en la creciente degradación de los recursos naturales.
El objetivo primordial que tiene un tratamiento de aguas residuales es poder permitir que los efluentes tanto municipales como industriales se puedan llegar a eliminar sin causar tanto daño a la salud humana como las posibles repercusiones inaceptables para el medio ambiente. La gestión de las aguas residuales por medio de un tratamiento adecuado para su posterior reutilización se debe considerar como un requisito previo para la protección y el uso sostenible de los recursos hídricos.
A principios del siglo XX, la gran mayoría de las ciudades e industrias comenzaron a darse cuenta de que el descargar las aguas residuales directamente a los cauces de los ríos causo además de problemas de salud, la degradación de los cuerpos de aguas naturales, debido a esto se realizó la construcción de instalaciones de tratamiento de aguas residuales. Aproximadamente en este mismo tiempo, el tanque séptico se introdujo como medio para tratar las aguas residuales domésticas tanto en áreas suburbanas como de las rurales.
Desarrollo.
Descripción de la problemática.
El agua es uno de los recursos naturales que forman una parte fundamental para el desarrollo de cualquier país; es el compuesto químico más abundante del planeta, sin embargo, aunque este como compuesto es abundante no todo se puede considerar apto para uso humano, además de que resulta indispensable para el desarrollo de la vida.
Su disponibilidad conforme pasa los años es paulatinamente menor debido a la gran contaminación que sufre, todo esto a través de diversos medios, lo cual viene a representar no solo un desequilibrio ambiental, sino también económico y social.
Se considera que el agua está contaminada cuando en esta se encuentran alteradas sus características ya sean químicas, físicas, biológicas o de su composición, cuando esto sucede está pierde su potabilidad para consumo diario o para su utilización en actividades ya sean estas domésticas, industriales o agrícolas.
Las aguas residuales se definen como las aguas que tengan una composición variada, estas pueden ser provenientes de las descargas de uso municipal, industrial, comercial, de servicios, agrícolas, pecuarios, domésticos, incluyendo fraccionamientos o de cualquier otro uso, así como una mezcla de estas.
En México se genera alrededor de de aguas residuales, y de estas tan solo el 36% reciben tratamiento para su disposición, esto nos muestra que la infraestructura que hay en este momento es completamente ineficiente, por tanto se requiere de una mayor infraestructura y recursos humanos para poder mejorar la calidad del agua, aunado a esto se deben de instaurar propuesta innovadoras las cuales permitan implementar el tratamiento de las aguas residuales en las diversas condiciones ambientales y socioeconómicas que cuenta nuestro país.
El uso de este tipo de tratamiento fue desarrollado en Europa durante la década de los 50’s, en donde aún siguen operando con un éxito rotundo. Los humedales artificiales están definidos como un sistema que llega a simular una zona de transición entre el ambiente terrestre y el acuático, pero estos son construidos específicamente para el tratamiento de aguas residuales bajo condiciones controladas tanto de ubicación como dimensionamiento y capacidad de tratamiento.
Que son los humedales artificiales.
Los humedales artificiales o construidos consisten básicamente en celdas o canales los cuales son impermeables, estos tienen dentro un sustrato el cual sirve como medio de anclaje de la vegetación y que al mismo tiempo sirve como filtro para el agua a tratar.
Existen dos tipos de sistemas de humedales, estos se clasifican como humedales de flujo superficial y de flujo subsuperficial.
Ventajas y desventajas de los humedales artificiales.
También podemos ver que los humedales artificiales pueden proporcionar un tratamiento de aguas residuales de una manera eficaz, confiable y ecológicamente racional, estos pueden tolerar grandes y pequeños volúmenes de agua y niveles variables de contaminantes.
El agua tratada con humedal es limpia y puede ser reutilizada con fines productivos; de hecho, el proceso de tratamiento de humedales puede incorporar usos productivos. Pueden ser estéticamente agradables y proporcionar hábitat para la vida silvestre y el disfrute humano.
Sin embargo, también podemos ver ciertas desventajas:
Dependiendo del diseño, los humedales construidos pueden requerir un área de tierra más grande que una planta tratadora de aguas residuales. Sin embargo, como se mencionó con anterioridad está tierra se puede usar productivamente para fines adicionales además de tratar las aguas residuales, esto marca una diferencia palpable con respecto a las plantas convencionales de aguas residuales.
Los humedales artificiales, si se diseñan o implementan incorrectamente pueden exponer el olor de la corriente de desechos, esto se puede deber a que tenga una capa de tierra demasiado delgada sobre los canales, que dichos canales corran por una pendiente demasiado empinada, etc. Pero si estos se encuentran diseñados y construidos de una manera adecuado los humedales no tienen ningún olor.
Los procesos biológicos de un humedal construido no se comprenden bien, por lo tanto, podemos decir que en teoría son impredecibles, sin embargo, en la práctica son simples y muy estables cuando se diseñan e instalas adecuadamente cumpliendo con sus especificaciones tales como que tengan una capacidad suficiente, la longitud adecuada de canales de tratamiento, protección contra inundaciones y congelación, uso correcto de las etapas anaeróbicas y aeróbicas, entre otras.
En climas con inviernos fríos, las bacterias y plantas que viven en el suelo del humedal construido llegan a morir. Esto no solo ralentiza o detiene la eliminación de nutrientes, sino que puede a ver liberaciones de nutrientes sustanciales a medida que los organismos que previamente eliminaban y almacenaban nutrientes mueren en invierno y liberan sus propios nutrientes nuevamente en el sistema.
Tabla comparativa ente diferentes sistemas de flujo humedal. (Moncada Suaza, 2016)
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| Flujo superficial | Flujo subsuperficial |
| Tratamiento | Tratamiento de flujos secundarios (lagunas, biodiscos, lodos activados, etc.) | Para tratar flujos primarios (tanque Imhoff, pozos sépticos). |
| Operación | Opera con baja carga orgánica | Opera con altas cargas orgánicas. |
| Olor | Puede ser controlado | No existe |
| Insectos | Control caro | No existe |
| Protección térmica | Mala, bajas temperaturas afectan el proceso de tratamiento | Buena. (por acumulación de restos vegetales y el flujo subterráneo del agua mantiene una temperatura constante). |
| Área | Superficie de mayor tamaño | Superficie de menor tamaño |
| Costo | Menor costo en relación con el subsuperficial. | Mayor costo debido al medio granular que puede incrementar su precio hasta en un 30% en comparación con el superficial. |
| Valor ecosistema | Mayor vida salvaje, agua accesible a la fauna | Agua difícilmente accesible a la fauna. |
| Usos generales | Son de restauración y de creación de nuevos ecosistemas | Tratamientos de aguas residuales de poblaciones menores a 200 habitantes. |
| Operación | Tratamiento adicional a los sistemas convencionales (tratamiento terciario y mejoramiento de la calidad del agua) | Se usa como tratamiento secundario. |
Recopilación de ventajas y desventajas de los humedales frente a diversos sistemas de tratamiento biológico de aguas residuales. (Moncada Suaza, 2016)
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| Humedal artificial de flujo subsuperficial vertical | Lodos activados | Filtro biológico | Biodiscos | Lagunas. |
| Ventajas | · No genera lodos. · Son autónomos, una vez establecidos funcionan por sí solos. · La energía necesaria depende del sistema de bombeo. · Bajo costo de operación y mantenimiento. · Vida útil entre 15 y 20 años. · Impacto paisajístico positivo. · Flexibilidad de diseño. | · Flexibilidad de operación. · Alta eficiencia de remoción de carga orgánica. · Mínima presencia de olores e insectos. · Posibilidad de regulación de energía consumida. · Generación de lodos secundarios “estabilizados”. | · Alta eficiencia de remoción de sólidos en suspensión y microorganismos. · Efluente apto para reúso agrícola. · Efluente parcialmente nitrificado. · No requiere sofisticado equipo electromecánico. | · Fácil mantenimiento. · Tempos de retención cortos. · Costos bajos de operación y mantenimiento. · Generalmente no hay recirculación de efluente ni lodos. · Requiere menor área · Bajo consumo de energía. · Fácil operación. · Requiere mínima atención del operador. | · Requiere escaso control operacional. · Bajo costo de mantenimiento y no es requerido frecuentemente. · En climas áridos o semiáridos se reducen las perdidas por evaporación. |
| Desventajas. | · Requiere de mayores espacios para su implementación em comparación con tratamientos fisicoquímicos. · Requiere de un proceso de puesta en marcha y adaptación. | · Requerimientos técnicos sofisticados y mantenimiento continuo · Dependencia con la temperatura del efluente a tratar y condiciones de entrada como pH y presencia de compuestos tóxicos. · Altos costos de operación, principalmente asociados a los requerimientos de aireación activa (aire). | · Costo elevado operacional, de equipamiento e infraestructura. · Requiere operadores capacitados. · Producción de lodos inestables. | · Requerimiento de un tiempo muy largo para alcanzar la estabilidad y el crecimiento de la película microbiana. · No son efectivos cuando el agua residual contiene altas concentraciones de metales y ciertos pesticidas, herbicidas y compuestos orgánicos fuertemente clorados debido a la inhibición de la actividad microbiana | · Olores desagradables. · Presencia de vectores infecciosos. · Altos tiempos de retención necesarios para obtener altas eficiencias. · Grandes volúmenes. · Requerimiento de grandes extensiones de terreno. |
Matriz comparativa de tratamientos biológicos de aguas residuales. (Moncada Suaza, 2016)
| Criterios | Lodos activados | Filtro biológico | Biodiscos | Sistemas de lagunaje | Humedal artificial de flujo vertical |
| Costos | |||||
| Inversión | Elevados | Bajos | Bajos | Depende del precio del terreno | Depende del precio del terreno |
| Operación y mantenimiento | Elevados | Bajos | Bajos | Bajos | Bajos |
| Técnicos | |||||
| Eficiencia de remoción | DBO5 de 90 -90% | DBO5 Tasa baja: 80 – 85% Media: 50 – 70% Alta: 65 – 80% Muy alta: 65 – 85% | DBO mayores del 90% | DBO 70 – 95% | DBO entre 50 y 98% |
| Generación de residuos | Altos | Inestables | Bajo | Bajo | Bajo |
| Requerimientos de insumos químicos | Bajo | No aplica | Bajo o nulo, depende de las características fisicoquímicas del agua residual | No aplica | No aplica |
| Requerimientos de energía (bombeo, agitación, movimiento mecánico | Alto | Medio | Bajo | Bajo o nulo | Bajo o nulo |
| Operaciones unitarias necesarias | Básicas + tratamiento y recirculación de lodos | Básicas | Básicas | Básicas | Básicas |
| Necesidades de automatización | No | No | No | No | No |
| Complejidad en la construcción y equipamiento | Alto | Medio | Bajo | Bajo | Bajo |
| Vida útil | 20 años | 20 años | Depende del tipo de agua residual a tratar y material de los discos, eje y rodamientos | 15 – 20 años | 15 – 20 años |
| Operación | |||||
| Requerimientos de personal | Muy capacitado | Capacitado | Capacitado | Capacitado | Capacitado |
| Tolerancia a variaciones de flujo | Si | Si | Si | Si | Si |
| Características del terreno | |||||
| Requerimiento de área | Grande | Medianamente grande | Poco | Extenso | Grande |
| Relieve del terreno | Plano | Plano | Plano | Plano | Plano |
| Características ambientales | |||||
| Producción de ruido | Si | Mínimo | Mínimo | No aplica | No aplica |
| Contaminación visual | Mínimo | Mínima | Mínima | Si | Si |
| Características ambientales | |||||
| Producción de ruido | Si | Mínimo | Mínimo | No aplica | No aplica |
| Contaminación visual | Mínima | Mínima | Mínima | Si | No |
| Producción de malos olores | Mínimo | Mínimo | No | Si | No |
| Condiciones para la reproducción de animales dañinos | Mínimo | Mínimo | Mínimo | Alto | Bajo o nulo |
Analizando las ventajas y desventajas que se presentan en los diferentes tratamientos de aguas residuales, podemos puntualizar las ventajas del humedal artificial de flujo subsuperficial como extremadamente benéfico dado que sus costos y complejidad de funcionamiento son bajos, el tiempo de vida es alto, no genera olores si es usado correctamente, además de no ser foco de vectores, el gasto de energía llega a ser o muy bajo o nulo, la tasa de eficiencia es alta y no genera una contaminación paisajista. (Moncada Suaza, 2016)
Casos de humedales construidos en zonas rurales de México.
Actualmente se está usando en México este tipo de técnicas específicamente con ciertas plantas que se consideran como ornamentales, la adaptación de dichas plantas en humedales ha demostrado ser una buena opción para el tratamiento de aguas residuales con eficiencias de remoción de nitrógeno y fósforo superior al 50% y la demanda química de oxígeno y coliformes cercanas al 100% como lo observamos en la tabla anterior.
Tabla 1 Uso de humedales artificiales con plantas ornamentales.
| Humedal | Vegetación usada | Población donde se utiliza | Área de humedal (m2) | Eficiencia de remoción |
| SS – FH | Typha,sp (Espadaña) Zantedeschia aethiopica (Alcatraz) | Pinoltepec, Emiliano Zapata, Veracruz | *60 | NT: 47% PT: 33% DQO: 67% |
| SS – FH | Alpinia purpurata (Jengibre rojo) Hedychium coronarium (Flor mariposa) | Pastorías, Actopan, Veracruz | **3.6 | F: 35 – 45% Cl: 28 – 34% |
| SS – FH | Canna hybrids (Lirio) Strelitzia reginae (Ave de paraíso) | México | *65 | DQO: 86% NT: 30 – 33% |
| SS – FV | Zantedeschia aethiopica (Alcatraz) Canna indica (Chachalaca) | Ocotlán, Jalisco | **0.48 | NT: 22.4% PT: 5% DQO: 65% |
| SS – FH | Zantedeschia aethiopica (Alcatraz) | Xalapa, Veracruz | **0.38 | DQO: 70% P – PO4: 76% NO3: 76% |
| SS – FV | Zantedechia aethiopica (Alcatraz) | Instalaciones de Centro de Investigación Acuícola de Cuemanco (CIBAC) de UAM Xochimilco, México | *55 | DQO: 92% N – NH4: 85% P – PO4: 80% |
| Potenderia sagittata (Lirio de laguna) | Xalapa, Veracruz | **0.90 | DQO: 81% NT: 58% | |
| SS – FH | Strelizia reginae (Ave de paraíso) Zantedeschia esthiopica (Alcatraz) Canna hybrids (Lirio) Anthurium andreanum (Anturio rojo) | Ocotlán, Jalisco | **0.06 | DQO: >75% P: 66% Coliformes: > 99% |
| Heliconia psittacorum (Avecilla) | Tapachula, Chiapas | *300 | DQO: 91% Coliformes: 93% |
Simbología.
| * | Sistemas de tratamiento comunitario | PT | Fósforo total |
| ** | Sistemas de tratamiento experimentales | P | Fósforo |
| NT | Nitrógeno total | DQO | Demanda química de oxígeno |
| F | Fluoruro | Cl | Cloruro |
| N – NH4 | Nitrógeno en forma de amonio | N – NO3 | Nitrógeno en forma de nitratos |
| P – PO4 | Fósforo en forma de fosfatos | SS – FV | Subsuperficial de flujo vertical |
| SS – FH | Subsuperficial de flujo horizontal |
Opciones de uso del agua tratada en humedales artificiales.
En anteriores condiciones cuando el agua es usada ya no puede ser usada nuevamente por la gran carga de contaminantes que tiene está, en este caso cuando dicha agua es tratada por medio de los humedales este elimina la gran mayoría de los contaminantes facilitando el uso de esta, claro que cabe aclarar que dependiendo de su calidad es el destino que se le puede dar a dicha agua.
Los humedales pueden ser usados como tratamiento terciario, esto quiere decir que dichas aguas deben pasar primero por otros tratamientos tales como filtros de sólidos, desarenadores o trampa de grasas.
En el caso de que los humedales sean utilizados como único tratamiento las aguas ya tratadas pueden también tener un uso sin causar ningún tipo de perjuicio al medioambiente, a la salud tanto de personas como de animales.
En el siguiente cuadro plasmaremos los posibles usos del agua tratada por humedales como tratamiento único.
| Área de uso de agua tratada | Ejemplos de uso |
| Acuícola | Agua tratada apta para cultivo de peces. |
| Agrícola | Irrigación de cultivos que no sean tubérculos, principalmente arboles de cítricos, riego en viveros y de áreas de producción floral |
| Áreas verdes | Riego de parques, iglesias, jardines escolares, campos de golf, cementerios, domiciliar. |
| Hogar | Uso en el trapeado, sanitario, lavado de banquetas y autos. |
| Industrial | Uso para enfriamiento de equipo, uso del agua para construcción, mezclado con otras descargas orgánicas para favorecer tratamiento |
| Porcícola | Agua para lavado de áreas de crecimiento de cerdos. |
| Recarga de acuíferos | Recarga subterránea, control de cuñas Salinas |
| Recreacional y ambiental | Uso en lagos y lagunas, mejora de pantanos y reservas naturales. |
| Usos urbanos no potables | Uso para apagar incendios, climatización, agua para uso sanitario, lavado de banquetas y canchas deportivas. |
Cabe destacar que el agua que emerge de un humedal construido de una manera adecuada será más limpia que las normas mínimas de la Organización Mundial de la Salud. Sin embargo, está agua aún puede limpiarse aún más con la exposición a la luz ultravioleta, todo esto se puede hace en un estanque poco profundo de alrededor de .45 a .90cm de profundidad, en donde a los bordes de estos estanques se planten plantas acuáticas emergentes tales como las espadañas y las cañas. Dichas plantas son extremadamente eficientes para eliminar contaminantes orgánicos e inorgánicos.
Conclusión.
Al ser una tecnología de tratamiento de aguas residuales, el objetivo principal de los sistemas de humedales construidos es purificar las aguas residuales y proporcionar un efluente final de alta calidad. La degradación del medio ambiente y los ecosistemas naturales es el resultado de las diversas actividades humanas y la producción respectiva y la descarga incontrolada de aguas residuales a las aguas superficiales y subterráneas. El tratamiento de aguas residuales es hoy un proceso absolutamente necesario no solo para proteger el medio ambiente natural y el hábitat, sino también para proteger la salud humana.
La contaminación del agua es una amenaza existente para la salud humana, ya que los cuerpos de agua superficiales (por ejemplo, ríos, lagos), así como las aguas subterráneas y los acuíferos se utilizan como suministros de agua potable. Por lo tanto, es crucial que las aguas residuales generadas por las diversas y múltiples actividades humanas se traten y purifiquen antes de la descarga final, a fin de reducir y eliminar la carga contaminante. Bajo este marco, los sistemas ecológicos como los humedales construidos juegan un papel importante.
Su capacidad para proporcionar tratamiento de aguas residuales y saneamiento de manera sostenible agrega créditos a su papel en la protección de los ecosistemas y la salud humana. La mayor explotación del potencial de tratamiento de la tecnología de los humedales artificiales traerá beneficios adicionales para la sociedad, ya que contribuirá a los problemas de protección de la salud humana y la conservación del medio ambiente natural sin causar un impacto ambiental adicional.
Referencias
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